【測量技術】GPS測量中坐標系統、坐標系的轉換過程 (附坐標轉換軟體大集合)

2021-02-18 黑龍江市政公路測量及造價
GPS測量中坐標系統、坐標系的轉換過程

  一、概述GPS及其應用

  GPS即全球定位系統(Global Positioning System)是美國從本世紀70年代開始研製,歷時20年,耗資200億美元,於1994年全面建成的衛星導航定位系統。作為新一代的衛星導航定位系統經過二十多年的發展,已成為在航空、航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信氣象等所有的領域中一種被廣泛採用的系統。我國測繪部門使用GPS也近十年了,它最初主要用於高精度大地測量和控制測量,建立各種類型和等級的測量控制網,現在它除了繼續在這些領域發揮著重要作用外還在測量領域的其它方面得到充分的應用,如用於各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影測量、海洋測量和地理信息系統中地理數據的採集等。GPS以測量精度高;操作簡便,儀器體積小,便於攜帶;全天候操作;觀測點之間無須通視;測量結果統一在WGS84坐標下,信息自動接收、存儲,減少繁瑣的中間處理環節、高效益等顯著特點,贏得廣大測繪工作者的信賴。

  二、GPS測量常用的坐標系統

  1.WGS-84坐標系

  WGS-84坐標系是目前GPS所採用的坐標系統,GPS所發布的星曆參數就是基於此坐標系統的。 WGS-84坐標系統的全稱是World Geodical System-84(世界大地坐標系-84),它是一個地心地固坐標系統。WGS-84坐標系統由美國國防部製圖局建立,於1987年取代了當時GPS所採用的坐標系統―WGS-72坐標系統而成為GPS的所使用的坐標系統。WGS-84坐標系的坐標原點位於地球的質心,Z軸指向BIH1984.0定義的協議地球極方向,X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點,Y軸與X軸和Z軸構成右手系。採用橢球參數為: a = 6378137m f = 1/298.257223563

  2.1954年北京坐標系

  1954年北京坐標系是我國目前廣泛採用的大地測量坐標系,是一種參心坐標系統。該坐標系源自於原蘇聯採用過的1942年普爾科夫坐標系。該坐標系採用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球,該橢球的參數為:a = 6378245m f = 1/298.3.我國地形圖上的平面坐標位置都是以這個數據為基準推算的。

  3.地方坐標系(任意獨立坐標系)

  在我們測量過程中時常會遇到的如一些某城市坐標系、某城建坐標系、某港口坐標系等,或我們自己為了測量方便而臨時建立的獨立坐標系。

  三、坐標系統的轉換

  在工程應用中使用GPS衛星定位系統採集到的數據是WGS-84坐標係數據,而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標系或是地方(任意)獨立坐標係為基礎的坐標數據。因此必須將WGS-84坐標轉換到BJ-54坐標系或地方(任意)獨立坐標系。

  目前一般採用布爾莎公式(七參數法)完成WGS-84坐標繫到北京54坐標系的轉換,得到北京54坐標數據。

  XBJ54=XWGS84+ KXWGS84+Δx+YWGS84ξZ"/ρ"-ZWGS84ξY"/ρ"

  YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+ΔY-XWGS84ξZ"/ρ"+ZWGS84ξX"/ρ"

  ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+ΔZ+XWGS84ξY"/ρ"-ZWGS84ξX"/ρ"

  四、坐標系的變換

  同一坐標系統下坐標有多種不同的表現形式,一種形式實際上就是一種坐標系。如空間直角坐標系(X,Y,Z)、大地坐標系(B,L)、平面直角坐標(x,y)等。通過坐標統的轉換我們得到了BJ54坐標系統下的空間直角坐標,我們還須在BJ54坐標系統下再進行各種坐標系的轉換,直至得到工程所需的坐標。

  1.將空間直角坐標系轉換成大地坐標系,得到大地坐標(B,L):

  L=arctan(Y/X)

  B=arctan {(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}

  H=(X2+Y2)0.5sinB-N

  用上式採用迭代法求出大地坐標(B,L)

  2.將大地坐標系轉換成高斯坐標系,得到高斯坐標(x,y)

  按高斯投影的方法求得高斯坐標,x=F1(B,L),y=F2(B,L)

  3.將高斯坐標系轉換成任意獨立坐標系,得到獨立坐標(x',y')

  在小範圍內測量,我們可以將地面當作平面,用簡單的旋轉、平移便可將高斯坐標換成工程中所採用坐標系的坐標(x',y'),

  x'=xcosα+ysinα

  y'=ycosα-xsinα

  五、小結

  由於GPS測量的種種優點,GPS 定位技術現已基本上取代了常規測量手段成為了主要的技術手段,市面上出現了許多轉換軟體和不同型號的GPS數據處理配套軟體(包含了怎樣將GPS測量中所得到的WGS-84轉換成工程中所須坐標的功能),萬變不離其宗,只要我們明白了WGS-84轉換到獨立坐標系的轉換過程,便可很容易的使用該軟體了,甚至可以自己編寫程序,將WGS-84坐標轉換成獨立坐標系坐標

軟體 :連結: http://pan.baidu.com/s/1eQxVcyA 密碼: akm6

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